CN111864300A - 一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法 - Google Patents

一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法，包括回路状态监测系统、复合式冷却系统；所述回路状态监测系统包括方壳电芯(1)、温度传感器(2)、温度传感器信号线束(3)、电池管理系统(15)，所述复合式冷却系统包括电池包箱体(4)、进风口(5)、出风口(6)、格栅(7)、格栅控制线束(8)、水泵(9)、水泵控制线束(10)、液冷板(11)、相变板(14)；本发明能够对电芯成组后电芯热量问题进行检测与实时控制，通过复合冷却结构均衡模组温度，同时当电池热失控后能够有效延缓其热失控的进程。

Description

一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法
技术领域
本发明设计电动汽车用动力电池包热管理系统的技术领域，具体涉及一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法。
背景技术
近年来，过热、燃烧、爆炸等安全问题一直是动力电池研究的重点，热量的产生与迅速集聚必然引起电池内部温度升高，尤其在高温环境下使用或者在大电流充放电时，可能会引发电池内部发生剧烈的化学反应，产生大量的热，如果热量来不及散出而在电池内部迅速积聚，电池可能会出现漏液、放气、冒烟等现象，严重时电池发生剧烈燃烧甚至爆炸，无论传统的铅酸电池，还是性能先进的Ni-MH、Li-ion动力电池，温度对电池整体性能都有非常显著的影响。温度过高或者过低都不利于动力电池的性能发挥，为延长动力电池寿命，提升其电化学性能以及能量效率，必须设计合理的电池热量管理系统，在高温条件下对电池进行散热、低温条件下对电池进行加热或者保温，以提升电动汽车整车性能。
一般情况下，采用空气介质冷却即可满足冷却散热要求，但在复杂工况下，尤其在高放电倍率(如插电式混合动力应用)、高充电倍率(如快充应用场合)、较高的运行环境温度(南方夏季酷热天气)时，依靠空气冷却显然很难满足散热需求，而且电池之间的温度不均匀性也非常突出，因此需要效率更高的液体传热介质才能达到电池包的散热要求。与空冷式散热系统相比，液冷式散热系统虽然复杂，但冷却效果，具有散热量大，冷却速度快，冷却效率高等优点。但目前液冷系统管路布置方式较为单一，且无法根据电芯的实时温度变化以及液冷板的流量变化对液冷系统进行实时控制，导致散热效果较差，无法满足电动汽车的散热需求。
专利公开号CN109244594A，公开日2019年1月18日，发明创造的名称为一种动力电池热管理系统及动力电池热管理方法，该申请公开了一种动力电池热管理系统，其不足之处在与所设计的液冷模组结构过于复杂，且无法根据单个电芯的实时温度变化以及热管理系统的变化进行有效针对性散热，模组整体温度均匀性较低。
专利公开号CN106159358B，公开日2018年10月9日，发明创造的名称为动力电池热管理装置及热管理办法，该申请公开了一种动力电池热管理装置，其不足之处在于仅仅考虑到对电芯底部进行散热，导致电芯顶部与底部之间的温差过大，且无法根据电池包的温度变化进行强化散热，散热效果较差。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法，用于纯电动汽车动力电池系统中，通过监测回路状态，使用复合式冷却结构对动力电池模组进行强化散热、温度均衡，以保证动力电池包在在工作时始终工作在最佳温度范围内，提高电池模组热均匀性，降低电池性能衰减速度并消除相关的潜在安全风险，使电池系统达到最佳的性能和寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于回路状态监测的复合式冷却结构，包括回路状态监测系统、复合式冷却系统；所述回路状态监测系统包括方壳电芯(1)、温度传感器(2)、温度传感器信号线束(3)、电池管理系统(15)，温度传感器(2)布置在每个方壳电芯(1)底部，检测每个方壳电芯(1)的温度变化，并将检测到的温度信息通过温度传感器信号线束(3)传递给电池管理系统(15)；所述复合式冷却系统包括电池包箱体(4)、进风口(5)、出风口(6)、格栅(7)、格栅控制线束(8)、水泵(9)、水泵控制线束(10)、液冷板(11)、相变板(14)；所述电池包箱体(4)的进风口(5)、出风口(6)处设计有双层的格栅(7)，内外双层隔栅(7)分别控制左右风向和上下风向，隔栅(7)通过格栅控制线束(8)与电池管理系统(15)相连，通过对隔栅(7)的控制，实现风道的闭合以及风的流向；所述液冷板(11)置于方壳电芯(1)之间，每个液冷板(11)分别装有单独的进水口(12)、出水口(13)，水泵(9)置于进水口(12)处，并通过水泵控制线束(10)与电池管理系统(15)相连，控制进水的流量；所述相变板(14)置于液冷板(11)和方壳电芯(1)之间，由三层结构组成，依次为导热层(16)、相变层(17)、导热层(16)；相变板(14)与电芯(1)贴合的导热层(16)吸收来自电芯(1)的热量，并将热量储存在相变层(17)，相变层(17)再以相变的形式将热量通过与液冷板(11)贴合的导热层(16)传输给液冷板(11)，液冷板(11)将热量带出；
所述电池管理系统(15)包括流量监测模块、状态判别模块、流量调整模块、风向控制模块，流量监测模块监测水泵(9)的流量，状态判别模块确定水泵(9)的流量是否匹配电芯温度，流量调整模块调节水泵(9)的流量，风向控制模块通过隔栅(7)实现风道的闭合以及改变风的流向。
本发明方法的技术方案为：一种基于回路状态监测的复合式冷却结构的控制方法，包括以下步骤：
电池管理系统(15)通过温度传感器信号线束(3)接收方壳电芯(1)的温度信息，状态判别模块定位温度较高的电芯(1)所处位置，风向控制模块通过格栅控制线束(8)改变隔栅(7)的风向，加强高温电芯(1)的散热能力；
相变板(14)与电芯(1)贴合的导热层(16)吸收来自电芯(1)的热量，并将热量储存在相变层(17)，相变层(17)再以相变的形式将热量通过与液冷板(11)贴合的导热层(16)传输给液冷板(11)，液冷板(11)将热量带出；
电池管理系统(15)通过温度传感器(2)传输来的温度信息以及流量监测模块周期性传输来的流量，根据当前目标温度查找到该目标温度对应的水泵(9)的正常流量以及对应的流量偏差阈值，计算流量监测模块发来的流量与该正常流量的差值，判断该差值的绝对值是否大于该流量偏差值，若是则电池管理系统(15)通过水泵控制线束(10)对水泵(9)进行控制；否则，确定该冷却回路状态正常；
所述判断该差值的绝对值大于该流量偏差值，液冷回路的工作状态变化为：
根据变化后的工作状态，获取对应冷却回路上的目标转速，根据该电芯(1)温度变化后的温度区间，查询到对应的目标转速，其中，将电芯(1)的工作温度划分成多个温度区间，每个温度区间分别设置一个目标转速，温度区间对应的温度越高，设置的目标转速越高；
所述流量监测模块安装在对应水泵(9)的入水口处，记录流量监测模块与水泵(9)标识的对应关系，根据流量监测模块标识，查找对应水泵(9)标识，以确定接收到流量对应的水泵。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.能够对电芯成组后电芯热量问题进行检测与实时控制；2.通过复合冷却结构均衡模组温度；3.当电池热失控后能够有效延缓其热失控的进程。
附图说明
图1为本发明实例提供的复合式冷却结构系统图；
图2为本发明实例提供的复合式冷却结构示意图；
图3为本发明实例提供的电池管理系统工作示意图；
图4为本发明实例提供的液冷回路状态监控方法流程图。
其中：1-方壳电芯、2-温度传感器、3-温度传感器信号线束、4-电池包箱体、5-进风口、6-出风口、7-格栅、8-格栅控制线束、9-水泵、10-水泵控制线束、11-液冷板、12-进水口、13-出水口、14-相变板、15-电池管理系统、16-导热层、17-相变层。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种基于回路状态监测的液冷系统及控制方法，用于纯电动汽车的动力电池包系统，能保证纯电动汽车的动力电池包系统在工作时处于最佳温度范围。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、2所示，一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法，包括回路状态监测系统、复合式冷却系统，所述回路状态监测系统包括方壳电芯1、温度传感器2、温度传感器信号线束3、电池管理系统15，温度传感器2布置在每个方壳电芯1底部，检测每个方壳电芯1的温度变化，并将检测到的温度信息通过温度传感器信号线束3传递给电池管理系统15；所述复合式冷却系统包括电池包箱体4、进风口5、出风口6、格栅7、格栅控制线束8、水泵9、水泵控制线束10、液冷板11、进水口12、出水口13；
所述电池包箱体4的进风口5、出风口6处设计有双层的格栅7，内外双层隔栅7分别控制左右风向和上下风向，通过对隔栅7的控制，实现风道的闭合以及风的流向，隔栅7通过格栅控制线束8与电池管理系统15相连；
所述液冷板11置于方壳电芯1之间，每个液冷板11分别装有单独的进水口12、出水口13，水泵9置于进水口12处，并通过水泵控制线束10与电池管理系统15相连；
所述相变板14由三层结构组成，导热层16、相变层17、导热层16；
所述电池管理系统15包括流量监测模块、状态判别模块、流量调整模块、风向控制模块；上述四个模块通过编程加以实现，作为本发明的一个实施例，流量监测模块通过流量传感器监测水泵9的流量；状态判别模块根据流量监测模块和温度传感器2确定水泵9的流量是否匹配电芯温度，根据当前目标温度查找到该目标温度对应的水泵9的正常流量以及对应的流量偏差阈值，计算流量监测模块发来的流量与该正常流量的差值，判断该差值的绝对值是否大于该流量偏差值，若是则电池管理系统15通过水泵控制线束10对水泵9进行控制；否则，确定该冷却回路状态正常；流量调整模块通过水泵控制器调整调节水泵9的流量；风向控制模块通过控制隔栅7实现风道的闭合以及改变风的流向。
综合所述的一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法，本发明提供如下的控制方法：
电池管理系统15通过温度传感器信号线束3接收方壳电芯1的温度信息，状态判别模块17定位温度较高的电芯1所处位置，风向控制模块通过格栅控制线束8改变隔栅7的风向，加强高温电芯1的散热能力；
相变板14与电芯1贴合的导热层16吸收来自电芯1的热量，并将热量储存在相变层17，相变层17再以相变的形式将热量通过与液冷板11贴合的导热层16传输给液冷板11，液冷板11将热量带出；
电池管理系统15通过温度传感器2传输来的温度信息以及流量监测模块周期性传输来的流量，根据当前目标温度查找到该目标温度对应的水泵9的正常流量以及对应的流量偏差阈值，计算流量监测模块发来的流量与该正常流量的差值，判断该差值的绝对值是否大于该流量偏差值，若是则电池管理系统15通过水泵控制线束10对水泵9进行控制；否则，确定该冷却回路状态正常。
所述判断该差值的绝对值大于该流量偏差值，液冷回路的工作状态变化为：
根据变化后的工作状态，获取对应冷却回路上的目标转速，根据该电芯1温度变化后的温度区间，查询到对应的目标转速，其中，将电芯1的工作温度划分成多个温度区间，每个温度区间分别设置一个目标转速，温度区间对应的温度越高，设置的目标转速越高。
所述流量监测模块安装在对应水泵9的入水口处，记录流量监测模块与水泵9标识的对应关系，根据流量监测模块标识，查找对应水泵9标识，以确定接收到流量对应的水泵。
本发明通过实时监测电芯状态，使用复合式冷却结构对动力电池模组进行强化散热、温度均衡，以保证动力电池包在在工作时始终工作在最佳温度范围内，提高电池模组热均匀性，降低电池性能衰减速度并消除相关的潜在安全风险，使电池系统达到最佳的性能和寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种基于回路状态监测的复合式冷却结构，其特征在于，包括回路状态监测系统、复合式冷却系统；
所述回路状态监测系统包括方壳电芯(1)、温度传感器(2)、温度传感器信号线束(3)、电池管理系统(15)，温度传感器(2)布置在每个方壳电芯(1)底部，检测每个方壳电芯(1)的温度变化，并将检测到的温度信息通过温度传感器信号线束(3)传递给电池管理系统(15)；
所述复合式冷却系统包括电池包箱体(4)、进风口(5)、出风口(6)、格栅(7)、格栅控制线束(8)、水泵(9)、水泵控制线束(10)、液冷板(11)、相变板(14)；
所述电池包箱体(4)的进风口(5)、出风口(6)处设计有双层的格栅(7)，内外双层隔栅(7)分别控制左右风向和上下风向，隔栅(7)通过格栅控制线束(8)与电池管理系统(15)相连，通过对隔栅(7)的控制，实现风道的闭合以及风的流向；所述液冷板(11)置于方壳电芯(1)之间，每个液冷板(11)分别装有单独的进水口(12)、出水口(13)，水泵(9)置于进水口(12)处，并通过水泵控制线束(10)与电池管理系统(15)相连，控制进水的流量；所述相变板(14)置于液冷板(11)和方壳电芯(1)之间，由三层结构组成，依次为导热层(16)、相变层(17)、导热层(16)；相变板(14)与电芯(1)贴合的导热层(16)吸收来自电芯(1)的热量，并将热量储存在相变层(17)，相变层(17)再以相变的形式将热量通过与液冷板(11)贴合的导热层(16)传输给液冷板(11)，液冷板(11)将热量带出；
所述电池管理系统(15)包括流量监测模块、状态判别模块、流量调整模块、风向控制模块，流量监测模块监测水泵(9)的流量，状态判别模块确定水泵(9)的流量是否匹配电芯温度，流量调整模块调节水泵(9)的流量，风向控制模块通过隔栅(7)实现风道的闭合以及改变风的流向。
2.一种基于回路状态监测的复合式冷却结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
电池管理系统(15)通过温度传感器信号线束(3)接收方壳电芯(1)的温度信息，状态判别模块定位温度较高的电芯(1)所处位置，风向控制模块通过格栅控制线束(8)改变隔栅(7)的风向，加强高温电芯(1)的散热能力；
相变板(14)与电芯(1)贴合的导热层(16)吸收来自电芯(1)的热量，并将热量储存在相变层(17)，相变层(17)再以相变的形式将热量通过与液冷板(11)贴合的导热层(16)传输给液冷板(11)，液冷板(11)将热量带出；
电池管理系统(15)通过温度传感器(2)传输来的温度信息以及流量监测模块周期性传输来的流量，根据当前目标温度查找到该目标温度对应的水泵(9)的正常流量以及对应的流量偏差阈值，计算流量监测模块发来的流量与该正常流量的差值，判断该差值的绝对值是否大于该流量偏差值，若是则电池管理系统(15)通过水泵控制线束(10)对水泵(9)进行控制；否则，确定该冷却回路状态正常；
所述判断该差值的绝对值大于该流量偏差值，液冷回路的工作状态变化为：
根据变化后的工作状态，获取对应冷却回路上的目标转速，根据该电芯(1)温度变化后的温度区间，查询到对应的目标转速，其中，将电芯(1)的工作温度划分成多个温度区间，每个温度区间分别设置一个目标转速，温度区间对应的温度越高，设置的目标转速越高；
所述流量监测模块安装在对应水泵(9)的入水口处，记录流量监测模块与水泵(9)标识的对应关系，根据流量监测模块标识，查找对应水泵(9)标识，以确定接收到流量对应的水泵。
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